寧波某廠房室內(nèi)地坪沉降原因分析及處理措施

李鋼

(上海市徐匯區(qū)民防管理所，上海200030)

寧波某廠房室內(nèi)地坪沉降原因分析及處理措施

李鋼

(上海市徐匯區(qū)民防管理所，上海200030)

針對寧波市寧?？h寧東區(qū)塊某廠房室內(nèi)地坪沉降現(xiàn)象，在分析沉降原因和沉降趨勢的基礎(chǔ)上，結(jié)合本工程的具體條件對幾種加固方法進行了對比，確定采用錨桿樁+梁板結(jié)構(gòu)加固方式對地坪進行處理。研制了多功能小型靜力壓樁機、采用了小創(chuàng)面多級擠擴貫穿排障法等解決了施工中的難題，實現(xiàn)了復(fù)雜環(huán)境條件的特種專業(yè)工程的順利施工。治理效果良好。

地坪沉降;沉降處理;自配重錨桿壓樁機;結(jié)構(gòu)加固法

1 工程概況

寧波市寧?？h寧東區(qū)塊某廠房，總用地面積約7萬m2，總建筑面積約6.55萬m2，由21幢1～5層框架結(jié)構(gòu)廠房、2個單層配電房等組成，均無地下室，為框架結(jié)構(gòu)，基本柱網(wǎng)尺寸為6 m×12 m，采用樁基礎(chǔ)，建成于2012年。

本場地存在軟弱地基，廠房建設(shè)前，從經(jīng)濟角度考慮及使用需求的不同，廠房地坪沒有采取處理措施，因建筑場地整體回填雜填土厚約2.5 m，外加下部為軟弱地基，導(dǎo)致當(dāng)前設(shè)備尚未安裝就位，廠房室內(nèi)素混凝土地坪便產(chǎn)生了明顯的盆形沉降。地面沉降在柱網(wǎng)中心區(qū)域明顯增大，嚴(yán)重處室內(nèi)混凝土地坪已同地基脫開。由于沉降變形會影響到廠房的正常使用，因而需采取必要的加固處理措施控制沉降。

2 場地工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

場地地面高程在3.18～1.56 m之間。場地地貌屬寧波濱海淤積平原，地貌單一，地勢平坦。

2.2 地層結(jié)構(gòu)及物理力學(xué)參數(shù)

根據(jù)原勘察報告，在勘探最大深度31.50 m范圍內(nèi)，各地基土層均為第四系全新統(tǒng)和中、上更新統(tǒng)沉積，一般具有水平成層分布特點。根據(jù)地基土形成時代、成因、物理及力學(xué)指標(biāo)特性，共可分成5個工程地質(zhì)層及6個工程地質(zhì)亞層組成，該場地工程地質(zhì)情況如表1所示。

2.3 地下水

場地淺部地下水為孔隙潛水，含水介質(zhì)為淤泥，因滲透性差，入滲量微弱，富水性差，水量較貧乏。場地下部地下水⑥2層含粘性土角礫為弱承壓水，水頭埋深約10 m。

3 沉降原因分析及沉降計算

3.1 引起室內(nèi)地面沉降和不均勻沉降的主要原因

(1)原地坪下僅有厚1.2 m左右的硬殼層(①2粘土層，壓縮模量4.5 MPa)，其下臥層則是厚達11.3～17.7 m的軟弱土層(②淤泥質(zhì)粘土層，壓縮模量1.6 MPa)，其強度很低、壓縮性較高、含水量大、滲透性很小、靈敏度高，該層在較大的附加荷載作用下最終沉降一般為0.2～0.5 m，且固結(jié)速率很慢、沉降延續(xù)時間很長，因而是主要的壓縮層，必然會產(chǎn)生較大的沉降變形;而局部地段，硬殼層(①2層)更薄，沉降更大。

表1 場地工程地質(zhì)情況

(2)廠房地面回填雜填土厚達2.5 m，回填土一般須經(jīng)數(shù)年的有效固結(jié)后方可與硬殼層一起承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)荷載，因而，初期回填土實為軟弱下臥層的荷載(約50 kPa)，下臥層必然產(chǎn)生壓縮變形，其中心部位變形最先產(chǎn)生且變形量最大，地面形成盆形沉降。

(3)結(jié)構(gòu)因素:本廠房采用樁基礎(chǔ)，承臺間有地梁，原地坪四周擱置于承臺和地梁上，因而盆形沉降發(fā)生時，室內(nèi)混凝土地坪局部同地基脫空，嚴(yán)重影響廠房的正常使用。

3.2 地坪不處理最終沉降結(jié)果分析

利用有限元的方法，借助midasGTS軟件，分析了原場地在不做地基處理時地表的沉降結(jié)果。

3.2.1 模型建立

基于平面有限元思路，計算深度取至淤泥層底，寬度取60 m，土體本構(gòu)采用摩爾－庫倫模型，單元形式為平面應(yīng)變單元;外荷載均布，強度為10 kN/ m，填土為后期覆蓋，模型中將其簡化成30 kN/m的均布荷載，所以計算所用荷載為40 kN/m;地基加固采用高壓旋噴樁，樁徑600 mm，樁長10 m，樁間距1.8 m，滿堂布置，計算中采用摩爾－庫倫本構(gòu)。

地基土計算參數(shù)見表2。模型見圖1、圖2。

表2 地基土參數(shù)取值

3.2.2 計算結(jié)果

分析計算結(jié)果，地表最大沉降(不處理)39.00 cm。

從沉降原因和沉降趨勢計算結(jié)果來看，如果不進行深層地基處理，未來總沉降量會非常大。

圖1 場地模型(未處理)

圖2 沉降云圖(未處理)

4 處理方案比選

4.1 處理思路

要解決廠房地坪的沉降問題，主要考慮2方面: (1)地基加固法:對下臥軟弱地基進行加固處理，提高承載力，減少和消除地基的殘余沉降和變形;(2)結(jié)構(gòu)加固法:采用樁基礎(chǔ)+梁板結(jié)構(gòu)，使上部使用荷載通過梁板結(jié)構(gòu)傳遞給樁基礎(chǔ)，軟弱地基的變形和沉降對廠房內(nèi)地坪不產(chǎn)生影響。

4.2 地基加固法簡介

軟弱地基的加固處理方法，國內(nèi)外已達四五十種之多，各種加固方法都有一定的適用條件，其作用效果也不盡相同，通常要根據(jù)建筑物場地的地質(zhì)條件、結(jié)構(gòu)條件、設(shè)計施工條件、環(huán)境條件以及加固效果等因素來綜合考慮，選用合理的加固方法。

針對本工程，綜合考慮場地工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、使用要求、建筑結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)形式、周圍環(huán)境條件、施工條件、建設(shè)工期等因素，能適應(yīng)本廠房地基處理的方法有:注漿加固法、高壓旋噴樁地基處理。

(1)注漿加固法，通過注入水泥漿液或化學(xué)漿液的措施，使土粒膠結(jié)，用以提高地基承載力，減小沉降，增加穩(wěn)定性，防止?jié)B漏。土體間隙比越大，加固效果越好;土體間隙比小的地點加固效果差。

另外，離注入孔越遠，漿液的壓力越小，漿液充入細(xì)小間隙越困難，土體加固效果越差;當(dāng)注入間隙比相同時，土中細(xì)顆粒越多加固效果越好，然而，通常粒徑越小，漿液取代間隙水越難。

因軟弱下臥層為淤泥質(zhì)土層，其滲透性小，即使小心謹(jǐn)慎地按注入計劃施工，也會經(jīng)常出現(xiàn)其注入效果達不到預(yù)期目標(biāo)的情形，因而，此層不宜采用注漿方案加固。

總之，地層的加固效果是不均勻的，既存在超過要求加固值的部位，也存在不能滿足要求加固值的部位。

由于軟弱下臥層厚度大、固結(jié)速率很慢、沉降延續(xù)時間很長，因而，若設(shè)備基礎(chǔ)就位后造成地面荷載不均勻，易造成地面產(chǎn)生新的不均勻沉降和局部傾斜。因此建議對設(shè)備盡量考慮均衡分布，降低地基應(yīng)力差異。還應(yīng)對設(shè)備與基礎(chǔ)的連接加以考慮，便于發(fā)生傾斜時調(diào)整設(shè)備垂直度。此外，對室內(nèi)地坪分塊澆制并設(shè)置分隔縫，有利于防止不均勻沉降造成地面裂縫。

當(dāng)設(shè)備分布不能避免造成較大的荷載差異時，不建議采用此方案。

(2)高壓旋噴樁施工機械較矮小，適宜于高度受限的場地使用。軟弱土層處理后，為復(fù)合地基，可減少沉降。旋噴樁加固法是通過高壓噴射流切割土體并使水泥與土攪拌混合，形成水泥土體加固地基，其主要優(yōu)點:

受土層、土的粒度、土的密度、硬化劑粘性、硬化劑硬化時間的影響較小，可廣泛適用于淤泥、軟弱粘性土、砂土甚至砂卵石等多種土質(zhì);

可采用價格便宜的水泥并摻入粉煤灰作為主要硬化劑，加固體的強度較高，根據(jù)土質(zhì)不同，加固體強度可為1.5～5 MPa;

可以有計劃地在預(yù)定的范圍內(nèi)注入必要的漿液，形成一定間距的樁，加固深度可自由調(diào)節(jié);

可作為永久建筑物的地基加固，尤其是在對已有建筑物地基補強時，這種方法能發(fā)揮其特殊作用。4.3 結(jié)構(gòu)加固法簡介

該方法采用樁基礎(chǔ)+梁板結(jié)構(gòu)的加固方式，使用荷載傳遞直觀明確，不受軟土層的影響，能控制沉降，但受場地大小、凈空高度等影響，大型樁基設(shè)備無法就位，該方法常不被采用。

自配重錨桿壓樁機適用于室內(nèi)錨桿樁的施工，該樁機為新型樁機，寬度約4 m，工作高度可小于4 m，采用步履式，機械化程度高，具有移動靈活、壓樁效率高、施工安全性好、無需提供反力、自由配重等優(yōu)點，在地坪加固領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。

4.4 方案比選

經(jīng)過分析比較，注漿加固、高壓旋噴樁地基處理和結(jié)構(gòu)加固法的使用范圍、施工可操作性都能滿足本工程的要求。注漿法和高壓旋噴樁地基處理加固軟弱土層后，雖然承載力提高、變形減小，但其殘余沉降和變形相對要大于采用樁+梁板結(jié)構(gòu)，且施工過程中會產(chǎn)生擠土效應(yīng)。

考慮本廠房已建成，底層層高僅4.5 m，廠房主大門寬4 m，中間柱網(wǎng)較密等特點，當(dāng)前廠房還未投入使用，不存在騰空轉(zhuǎn)移設(shè)備等問題。處理方案的樁基礎(chǔ)采用錨桿樁，壓樁設(shè)備選用自配重錨桿壓樁機，同時解決了廠房凈高不足及常規(guī)錨桿樁機的無反力問題。結(jié)構(gòu)加固法成為本廠房地坪處理的首選方法。

5 處理方案設(shè)計和施工

該廠區(qū)21幢廠房，全部選用錨桿樁+梁板結(jié)構(gòu)加固方式對地坪進行處理，地坪面積4.66萬m2，共布錨桿樁3883根。

5.1 錨桿樁+梁板結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)

(1)樁采用250 mm×250 mm預(yù)制方樁，樁長18 m(樁尖3 m+樁段3 m×5節(jié))，進③a層0.5 m，以壓樁力和進入持力層深度≮0.5 m雙重控制，壓樁力≮350 kN。

(2)預(yù)制方樁混凝土強度C30，焊接接樁，錨桿樁結(jié)構(gòu)詳圖見《錨桿靜壓樁》(2004浙G28)標(biāo)準(zhǔn)圖集。

(3)方樁布置間距:3000 mm×4000 mm。

(4)相對原室內(nèi)地坪(±0.000)，加固樁頂標(biāo)高－0.200，單樁豎向承載力特征值200 kN。

(5)梁、板混凝土強度C30，梁截面250 mm× 400 mm，配筋上下各3?20，箍筋 ?8@200。板厚150 mm，配筋?12@150雙層雙向。

5.2 施工情況

本工程設(shè)計方案付諸實施的主要難點有3個:

(1)不具備錨桿靜壓樁施工反力;

(2)受室內(nèi)凈高控制，現(xiàn)有成套壓樁設(shè)備不能選用;

(3)拋棄大型傳統(tǒng)設(shè)備和現(xiàn)有工法解決貫穿3 m厚拋石層的壓樁難題。

針對(1)、(2)兩個難點，比較了2個解決方案(表3)，最終采用了方案2。

針對難點(3)，也比較了2個解決方案(表4)，最終采用了方案2。

表3 針對難點(1)、(2)施工方案對比

表4 針對難點(3)施工方案對比

通過施工方案的精心定制，實現(xiàn)了本復(fù)雜環(huán)境條件的特種專業(yè)工程的順利施工。地坪處理施工于2015年1月開始，工期8個月，2015年9月完工。經(jīng)過1年多的跟蹤觀測，地坪沉降已穩(wěn)定，目前大部分廠房已投入使用。

6 結(jié)語

采用錨桿樁+梁板結(jié)構(gòu)的地坪處理方式，解決了室內(nèi)地坪沉降處理的問題，對以后的類似工程問題提供了經(jīng)驗。

本工程中采用的自配重錨桿壓樁機，不僅解決了廠房凈高不足，同時還解決了常規(guī)錨桿樁機的無反力的問題，在地坪加固領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景，值得推廣。

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Analysis on the Causes of Indoor Ground Slab Settlement of a Workshop in Ningbo and the Treatment Methods

/ LI Gang(Civil Defense Offices of Xuhui District，Shanghai 200030，China)

According to a workshop indoor ground slab settlement in Ningbo，based on the analysis on the settlement reasons and trend，the comparison is made on several reinforcement methods by considering the special conditions of this project，anchor pile+beam-slab structure is determined to be adopted to deal with the indoor ground slab settlement.A multifunctional small static pile driver is developed，multi-stage extrusion and expansion thorough backfill method is used with small ground surface damage to solve the construction difficulties and realize the smooth construction of special engineering project in complex environment conditions.This project treatment has achieved good effects.

ground slab settlement;settlement treatment;self-weight anchor pile driver;structure reinforcement method

TU472

A

1672－7428(2017)03－0065－04

2016－05－11;

2016－09－12

李鋼，男，漢族，1982年生，副所長，工程師，碩士，從事民防工程管理、修復(fù)、改造等工作，上海市徐匯區(qū)番禺路1150號徐匯民防管理所306室，ypligang@163.com。